结构设计原理课程设计完整版

结构设计原理课程设计设计题目：预应力混凝土等截面简支空心板设计（先张法）班级：6班姓名：于祥敏学号：44090629指导老师：张弘强目录一、设计资料······························································2二、主梁截面形式及尺寸················································2三、主梁内力计算·························································3四、荷载组合······························································3五、空心板换算成等效工字梁··········································3六、全截面几何特性······················································4七、钢筋面积的估算及布置·············································5八、主梁截面几何特性···················································7九、持久状况截面承载力极限状态计算······························9十、应力损失估算························································10十一、钢筋有效应力验算···············································13十二、应力验算··························································13十三、抗裂性验算························································19十四、变形计算··························································21预应力混凝土等截面简支空心板设计一、设计资料1、标跨m16，计算跨径m2.152、设计荷载：汽车按公路Ｉ级，人群按2/0.3mKN，103、环境：Ｉ类，相对湿度%754、材料：预应力钢筋：采用ASTMaA97416标准的低松弛钢绞线（71标准型），抗拉强度标准值MPafpk1860，抗拉强度设计值MPafpd1260，公称直径mm24.15，公称面积2140mm，弹性模量MPaEp51095.1非预应力钢筋：400HRB级钢筋，抗拉强度标准值MPafsk400，抗拉强度设计值MPafsd330，弹性模量MPaEs5100.2箍筋：335HRB级钢筋，抗拉强度标准值MPafsk335，抗拉强度设计值MPafsd280，弹性模量MPaEs5100.2混凝土：主梁采用50C混凝土，MPaEc41045.3，抗压强度标准值MPafck4.32，抗压强度设计值MPafcd4.22，抗拉强度标准值MPaftk65.2，抗拉强度设计值MPaftd83.15、设计要求：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求，按Ａ类预应力混凝土构件设计此梁6、施工方法：先张法二、主梁截面形式及尺寸（mm）主梁截面图（单位mm）三、主梁的内力计算结果一期恒载：跨中mKNMd2200dV支点：0MKNV70二期恒载：跨中mKNMd1000dV支点：0MKNV40汽车荷载：跨中mKNMd220KNVd0.20支点：0MKNV150人群：跨中mKNMd70KNVd0.8支点：0MKNV22四、进行荷载组合`表1五、空心板换算成等效工字梁上翼板厚度：120211kfhyh下翼板厚度：120212'kfhyh腹板厚度：280kfbbb跨中支点dMdVMV一期恒载标准值1G2200070二期恒载标准值2G1000040人群荷载标准值2Q708022汽车荷载标准值（不计冲击荷载）220200150汽车荷载标准值（计冲击系数）238.321.70162.5持久状态的应力计算的可变作用标准值组合（汽车+人）308.329.70184.5承载能力极限状态计算基本组合2.1(0.1恒+4.1汽+4.18.0人）79639.30384.1正常使用极限状态按作用短期效应计算的可变荷载设计值（7.0汽+0.1人）224220127正常使用极限状态按作用长期效应计算的可变荷载设计值（4.0汽+4.0人）11611.2068.8备注：（１）表中单位)(mKNM，)(KNV（２）冲击系数083.0（３）考虑承载能力极限状态时，汽车荷载计入冲击系数考虑正常使用极限状态时，汽车荷载不计入冲击系数截面内力荷载等效工字梁如下图所示：六、全截面几何特性计算（1）受压翼缘有效宽度'fb计算①计算跨径的31，即mml50673)102.15(33②相邻两梁的平均间距mm880③mmhbbfh17201201202280122'取三者中的最小者，因此受压翼缘有效宽度mmbf880'（2）全截面几何特性的计算在工程设计中，主梁几何特性多采用分块数值求和法进行，其计算式如下：全截面面积：iAA全截面重心至梁顶距离：AyAyiii式中：iA－分块面积；iy－分块面积重心至梁顶边的距离；截面分块示意图：主梁全截面几何特性如下：分块号分块面积)(2mmAi)(mmyi)(3mmyASiii)(mmyyiu)()(42mmyyAIiuix)(1242mmbhIi1600×120＝720006061032.42709102488.571064.82280×660＝1848003307100984.600910708.63600×120＝7200060071032.4－2709102488.571064.8合计328800iAA330330660330biiuyyAy810085.1iS101005.1xI910881.6iI1010738.1ixIII表2其中：iI－分块面积iA对其自身重心轴的惯性矩xI－分块面积iA对全截面重心轴的惯性矩七、钢筋面积估算及钢束布置（1）预应力钢筋面积估算按作用短期效应组合下正截面抗裂性要求，估算预应力钢筋数量。对于A类部分预应力混凝土构件，根据跨中截面抗裂性要求，可得跨中截面有效预加力为：WeAfWMNptkspe17.0其中：sM为正常使用极限状态下按作用短期效应组合计算的弯矩值，由表1可知：mKNMMMMQsGGs54422410022021；设预应力钢筋截面重心距截面下缘mmap60，则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离mmayepbp27060330；钢筋估算时，截面性质近似取用全截面的性质来计算，由表2可知，跨中截面全截面面积2328800mmA；全截面对抗裂验算边缘（即下缘）的弹性抵抗矩为371010267.533010738.1mmyIWb；tkf为C50混凝土抗拉强度标准值MPaftk65.2；因此，有效预加力合力为：NWeAfWMNptkspe677610037.110267.5270328800165.27.0)10267.5()10544(17.0预应力钢筋的张拉控制应力为MPafpkcon1395186075.075.0，预应力损失按张拉控制应力的20%估算，则需要预应力钢筋的面积为2692913958.010037.1)2.01(mmNAconpep因此，采用24.157的钢绞线，则预应力钢筋的面积229299801407mmmmAp，满足条件。(2)非预应力钢筋面积估算及布置在确定预应力钢筋数量后，非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来估算非预应力钢筋数量。设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力作用点到截面底边的距离为mma60，则有mmahh600606600先假定为第一类T梁，则有)2(0'0xhxbfMrfcdd即)2600(8804.22107960.16xx解得：mmx6.71＜mmhf120'（另一解不符合题意，舍去）因此确为第一类T梁。由ppdssdfcdAfAfxbf'可知：2'53533098012606.718804.22mmfAfxbfApdssdfcdp采用3根直径为16mm的HRB400钢筋，其面积2603mmAs将预应力钢筋和非预应力钢筋布置成一排，钢筋布置图如下：保护层厚度：mmmmdmmc30168.50，符合要求钢筋净距：mmSn5.66924.1574.183760mmmmd3016，符合要求。八、主梁截面几何特性计算查表可知，对于混凝土、预应力钢筋、普通钢筋，其弹性模量分别为MPaEc41045.3、MPaEp51095.1、MPaEs5100.2（1）预加应力阶段梁的几何特性此阶段，混凝土强度达到ckf%80，此时，MPaEc4'1025.3则有钢筋换算系数如下：61025.31095.145''cpEpEE15.61025.3100.245''csEsEE分块名称分块面积)(2mmAiiA重心到梁顶距离iy（mm）对梁顶边的面积矩)(3mmyASiii自身惯性矩)(4mmIi)(mmyyiou2)(iouixyyAI)(4mm截面惯性矩xiIII)(4mm混凝土全面积328800330810085.11010738.16.4710347.1预应力钢筋换算面积4900)1('pEpA60061094.20－263.6810405.3非预应力钢筋换算面积45.3105)1('sEsA600610863.10－263.6810158.2全截面换算面积336805.454.336ouy810133.11010738.1810698.51010795.1表3（2）使用阶段梁的几何特性钢筋换算系数如下：652.51045.31095.145cpEpEE797.51045.3100.245csEsEE分块名称分块面积)(2mmAiiA重心到梁顶距离iy（mm）对梁顶边的面积矩)(3mmyASiii自身惯性矩)(4mmIi)(mmyyiou2)(iouixyyAI)(4mm截面惯性矩xiIII)(4mm混凝土全面积328800330810085.11010738.15.98710176.1预应力钢筋换算面积96.4558)1(pEpA600610735.20－264.02810178.3非预应力钢筋换算面积59.2892)1(sEsA600610736.10－264.02810016.2全截面换算面积336251.5598.335ouy810130.11010738.1810312.51010791.1表4ououyIW)(3mmouobyhy)(mmobobyIW)(3mmppeIW)(3mm预应力阶段710336.5323.6710547.571081.6使用阶段710331.5324.02710527.571078.6表5其中：ouy，oby――构件全截面换算截面的重心到上下缘的距离ouW，obW――构件全截面换算截面对上下缘的截面抵抗矩pe――为预应力钢筋重心到换算截面重心的距离，poupayhe，对于预应力阶段6.263pemm，对